[发明专利]一种无人飞行器稳定飞行控制方法

权利要求书

1.一种无人飞行器稳定飞行控制方法，其特征在于：所述方法包括：

1)获取飞行器自身的飞行实时运行数据，对飞行器的运动学问题进行解析处理，建立飞行器动力学模型；

2)根据步骤1)获取的飞行实时运行数据与目标姿态数据，构建偏差函数；利用多层零化神经动力学方法，构建基于偏差函数的神经动力学方程；所有参数对应的基于偏差函数的神经动力学方程，共同构成无人飞行器的控制器，控制器的微分方程解算的输出量为飞行器电机的输出控制量；

所述根据多层零化神经动力学方法，设计无人飞行器的控制器，具体包括：

(2-1)通过多层零化神经动力学方法，由垂直高度z出发，设计关于输出控制量u₁的偏差函数，根据该偏差函数，设计无人机高度控制器；

(2-2)通过多层零化神经动力学方法，由水平位置x、y出发，设计关于u_x、u_y的偏差函数，根据该偏差函数，设计无人机位置控制器，再反解出目标姿态角度φ_T和θ_T；

(2-3)通过多层零化神经动力学方法，分别由横滚角φ、俯仰角θ以及偏航角ψ出发，设计输出控制量u₂～u₄的偏差函数，根据该偏差函数，设计姿态控制器；

3)根据步骤2)求解得到的输出控制量与多旋翼无人机电机动力的关系，控制电机动力，完成无人飞行器运动的控制，具体步骤为：

根据无人机动力分配方案，控制器求解得到的控制量与多旋翼无人机电机动力存在如下关系：

U＝WF

其中U＝[u₁ u₂ u₃ u₄]^T为无人飞行器的输出控制量，F＝[F₁ … F_j]^T为无人飞行器的电机动力，j为多旋翼无人机的电机个数，W为无人飞行器动力分配矩阵，矩阵W根据不同结构与旋翼数目会有不同的形式，需要根据其结构和旋翼数确定；

通过矩阵求逆或求伪逆的形式得到相应的电机动力F，也即：

F＝W^-1U

若矩阵W为方阵且可逆，则W^-1通过求逆运算得到，若W不为方阵，则通过相应的伪逆运算求解W^-1；最终得到所需电机动力F并根据电机电压与动力的关系控制电机输入电压以控制电机转速，最终实现对电机动力的控制，完成无人机稳定飞行控制。

2.根据权利要求1所述的一种无人飞行器稳定飞行控制方法，其特征在于：通过所搭载的处理器对飞行器的运动学问题进行解析处理，具体包括：

定义地面坐标系E和机体坐标系B，地面坐标系和机体坐标系通过转换矩阵R建立联系：E＝RB，R表示为

其中φ为横滚角，θ为俯仰角，ψ为偏航角；

忽略飞行器所受空气阻力作用，在机体坐标系下，飞行器系统受力分析如下

其中m为飞行器的总质量，I_3×3为单位矩阵，I为惯性矩阵，V为机体坐标系下的线速度，ω为机体坐标系下的角速度，F为合外力，τ为合力矩。

3.根据权利要求2所述的一种无人飞行器稳定飞行控制方法，其特征在于：所述建立飞行器动力学模型，具体包括：

根据定义的地面坐标系E和机体坐标系B、两者通过转换矩阵R建立的联系：E＝RB以及在机体坐标系下，飞行器系统的受力分析，得到多旋翼飞行器的动力学方程为

其中l为臂长，g为重力加速度，x、y、z分别为飞行器在地面坐标系下的位置坐标，分别表示x(t)、y(t)、z(t)的二阶导数，φ、θ、ψ分别表示横滚角、俯仰角以及偏航角，分别表示对应参数的二阶导数，分别表示对应参数的一阶导数，I_x、I_y、I_z分别为飞行器在X、Y、Z轴上的转动惯量，u_x＝cosφsinθcosψ+sinφsinψ，u_y＝cosφsinθsinψ-sinφcosψ，u₁、u₂、u₃、u₄为输出控制量。